TWI740811B - 發光元件 - Google Patents

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TWI740811B TW104142198A TW104142198A TWI740811B TW I740811 B TWI740811 B TW I740811B TW 104142198 A TW104142198 A TW 104142198A TW 104142198 A TW104142198 A TW 104142198A TW I740811 B TWI740811 B TW I740811B
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Abstract

一種發光元件，包含：一基板；一發光單元，位於基板上：包含：一 第一型半導體；一第二型半導體；一發光層，介於第一型半導體及第二型半導體之間；以及一暴露區，形成於發光單元中，暴露第一型半導體；一第一電極延伸層，位於暴露區中之第一型半導體上；一第二電極延伸層，位於第二型半導體上；一透明絕緣層，位於發光單元上且填入暴露區；一第一電極，位於透明絕緣層上；以及複數導電通道，位於透明絕緣層中；其中，複數導電通道的其中之一連接第一電極與第一電極延伸層及第二電極延伸層的其中之一。

Description

發光元件
本發明係關於一種發光元件及其製造方法，更詳言之，係關於一種具有亮度提升之發光元件。
發光二極體(Light-emitting diode；LED)具有耗能少，使用壽命長的特點，已廣泛應用於各個領域。近期隨著發光二極體照明性能指標的大幅度提高，發光二極體在照明領域得到快速的應用和發展。
習知氮化鎵基發光二極體通常生長在藍寶石基板上，在製作電極過程中，特別是製作n型電極時，需要蝕刻一部分的p型半導體和發光層，然後再把n型電極連接在n型半導體上。這種傳統的結構主要存在問題是p型電極和n型電極不等高，不利於晶片的倒裝和貼裝，p型電極和n型電極設置較為呆板，不利於晶片結構的多樣化設計，同時在製作n型電極時，需蝕刻掉較多面積的發光層，這樣會損失較多發光面積，發光效率較低。
第1圖顯示由複數個上述習知結構之發光二極體單元28所組成之發光二極體，此複數個發光二極體單元28以一陣列彼此電性連接。複數個發光二極體單元28形成在一基板100上，發光二極體單元28之間採用電性連接層300形成電性連接，一絕緣層140形成於電性連接層300下方及任兩相鄰發光二極體單元28之間，頭尾的發光二極體單元分別設有第二電極302及第一電極301。這種發光二極體存在以下問題：一是採用這種跨接的方式侷限限了電極線路的佈局，難於實現複雜的混合連接；二是絕緣層140及發光二極 體單元28之間存在高低落差，電性連接層300存在斷裂風險，降低發光二極體的可靠性；三是在各發光二極體單元28內電流分佈未能達到較佳水準。
本發明揭示一種發光元件，包含：一基板；一發光單元，位於基板上：包含：一第一型半導體；一第二型半導體；一發光層，介於第一型半導體及第二型半導體之間；以及一暴露區，形成於發光單元中，暴露第一型半導體；一第一電極延伸層，位於暴露區中之第一型半導體上；一第二電極延伸層，位於第二型半導體上；一透明絕緣層，位於發光單元上且填入暴露區；一第一電極，位於透明絕緣層上；以及複數導電通道，位於透明絕緣層中；其中，複數導電通道的其中之一連接第一電極與第一電極延伸層及第二電極延伸層的其中之一。
1、2、3、4、5、6、7、8、9:發光元件
10、100:基板
11:第一型半導體
12:發光層
13:第二型半導體
14、14’:透明絕緣層
140:絕緣層
14a’、14b’、14c’:第一透明絕緣層、第二透明絕緣層、第三透明絕緣層
17:電流擴散層
18:溝槽
20a、20b:第一電極、第二電極
201a、201b:第一打線部、第二打線部
202a、202b:第一延伸部、第二延伸部
24a、24b:第一電極延伸層、第二電極延伸層
22、28:發光單元
29、29a、29b、300:電性連接層
30:暴露區
32a、32b:第一反射層、第二反射層
40a、40b:第一通孔、第二通孔
60:導電通道
60a、60b:第一導電通道、第二導電通道
101:上表面
301、302:第一電極、第二電極
〔第1圖〕為習知發光元件。
〔第2A-2F圖〕為本發明第一實施例之發光元件1。
〔第3圖〕為本發明發光元件1之另一實施例。
〔第4A-4C圖〕為本發明第二實施例之發光元件2。
〔第5圖〕為本發明發光元件2之另一實施例。
〔第6A-6C圖〕為本發明第三實施例之發光元件3。
〔第7圖〕為本發明發光元件3之另一實施例。
〔第8A-8E圖〕為本發明第四實施例之發光元件4。
〔第9A-9C圖〕為本發明第五實施例之發光元件5。
〔第10A-10C圖〕為本發明第六實施例之發光元件6。
〔第11A-11C圖〕為本發明第七實施例之發光元件7。
〔第12A-12E圖〕為本發明第八實施例之發光元件8。
本發明之實施例會被詳細地描述，並且繪製於圖式中，相同或類似的部分會以相同的號碼在各圖式以及說明出現。
第2A至2F圖為本發明第一實施例之發光元件1。第2A圖為發光元件1之立體圖，第2B圖為第2A圖的俯視圖。發光元件1包括一基板10，以及在基板10上以磊晶形成之半導體疊層。半導體疊層包括依序堆疊的一第一型半導體11、一發光層12和一第二型半導體13。基板10可為藍寶石(Sapphire)基板、鍺(Ge)基板、磷化銦(InP)、鋁酸鋰(LiAlO2)、氧化鋅(ZnO)、矽(Silicon)基板、碳化矽(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板、氮化鋁(AlN)基板或砷化鎵(GaAs)基板。半導體疊層中第一型半導體11、發光層12和第二型半導體13之材料係包含至少一種元素選自於由鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、氮(N)、磷(P)、砷(As)及矽(Si)所構成群組之化合物，例如為AlGaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN等之半導體化合物。發光層12之結構可為單異質結構(single heterostructure；SH)、雙異質結構(double heterostructure；DH)、雙面雙異質結構(double-side double heterostructure；DDH)或多重量子井結構(multi-quantum well structure；MQW)。第一型半導體11與第二型半導體13之電性相異，於本實施例中，第一型半導體11為n型半導體，第二型半導體13為p型半導體。第2C圖為第2B圖沿A-A截面之截面圖，在第2C圖中，半導體疊層中具有暴露區30，係由移除部分第二型半導體13、發光層12及第一型半導體11以暴露出部份第一型半導體11所形成。於本實施例中，第 一型半導體11與第二型半導體13具有相異的導電型態、相異電性、相異極性或具有分別提供電子和電洞的相異摻雜元素。
第二型半導體13上方可選擇性地形成一電流擴散層17，電流擴散層17對於發光層12所發之光為可穿透的，並可增加電流傳導與擴散。其材料可為導電材料，包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、石墨烯(graphene)或氧化銦鋅(IZO)；或其材料為半導體材料，包含但不限於砷化鋁鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)或磷化鎵(GaP)。
如第2C圖所示，暴露區30之第一型半導體11上具有一第一電極延伸層24a；第二型半導體13上具有一第二電極延伸層24b；為了清楚說明本實施例發光元件1之結構，第2E圖為將第2A圖之一透明絕緣層14隱藏之立體圖，第2F圖為第2E圖之俯視圖。參照第2C圖及第2F圖，於本實施例中，暴露區30與第一電極延伸層24a上視為圓形且有兩個，暴露區30與第一電極延伸層24a之數量可視情況增加為多個，第二電極延伸層24b上視為長條形且有兩條，亦可根據電流分散目的增加為多條。也可把第二電極延伸層24b設置為圓形或環形。第一電極延伸層24a與第二電極延伸層24b之材質較佳例如可以是金屬，如金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鋁(Al)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、錫(Sn)等、其合金或其疊層組合。
如第2C圖所示，第二型半導體13上連接透明絕緣層14，且透明絕緣層14填入暴露區30；透明絕緣層14可為聚亞醯胺(PI)、苯並環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、氧化鎂(MgO)、Su8、環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)、 氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、玻璃(Glass)、氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiOx)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氮化矽(SiNx)、旋塗玻璃(SOG)、四乙氧基矽烷(TEOS)、氟化鎂(MgF2)或上述材料之組合。透明絕緣層14亦可為上述材料組成之單層或多層結構；透明絕緣層14上方配置有一第一電極20a與一第二電極20b，用以作為與外部電源及電路元件進行電性連結。第一電極20a包含一第一打線部201a及一由第一打線部201a延伸之第一延伸部202a，第二電極20b包含一第二打線部201b及一由第二打線部201b延伸之第二延伸部202b。
為了清楚說明本實施例發光元件1之結構，第2D圖為將第2A圖之第一電極20a及第二電極20b隱藏之立體圖。在第2D圖中，透明絕緣層14上具有兩個第一通孔40a和兩個第二通孔40b，第一通孔40a位於暴露區30之透明絕緣層14中且延伸連通至第一電極延伸層24a，第二通孔40b穿過透明絕緣層14並連通至第二電極延伸層24b。亦即，第一通孔40a及第二通孔40b是由透明絕緣層14定義而成，其周圍都是透明絕緣層14。第一通孔40a及/或第二通孔40b的直徑可介於3μm-20μm。透明絕緣層14的厚度可大於1.2μm，以減少第一電極20a和第二電極20b對光的阻擋角度，把儘量多的光射到外部。第一電極20a和第二電極20b的高度大致相同，或者第一電極20a和第二電極20b之表面為共平面，以利於發光元件的倒裝和貼裝。
參照第2C圖，第一通孔40a中設有第一導電通道60a，第一導電通道60a連接第一電極延伸層24a與第一電極20a；第二通孔40b中設有第二導電通道60b，第二導電通道60b連接第二電極延伸層24b與第二電極20b；於本實施例中，第一導電通道60a連接第一延伸部202a，第二導電通道60b連接第二延伸部202b；第一通孔40a與其對應之第一導電通道60a或第二通孔 40b與其對應之第二導電通道60b之數量並不限於兩個，可透過多個通孔及導電通道之配置，達到較佳的電流傳遞與電流分散效果。
在第一電極20a下方之透明絕緣層14中可具有一第一反射層32a，反射層32a的形狀對應第一打線部201a且其面積不大於第一打線部201a的面積，第一反射層32a可與電流擴散層17相連接，亦可將第一打線部201a下方對應位置之電流擴散層17移除，使第一反射層32a連接在第二型半導體13上；同樣地，在第二電極20b下方之透明絕緣層14中具有一第二反射層32b，第二反射層32b的形狀對應第二打線部201b且面積不大於第二打線部201b，第二反射層32b可與電流擴散層17相連接，亦可將第二打線部201b下方對應位置之電流擴散層17移除，使第二反射層30b連接在第二型半導體13上；這樣可以避免第二型半導體13與電流擴散層17之間折射率差異所造成的全反射，把儘量多的光反射到外部。如第3圖所示之另一實施中，其與第一實施例之差別在於，在第一電極20a和第二電極20b的下方也可不設置反射層，第3圖為將第2A圖之透明絕緣層14隱藏之立體圖。
第4A至4C圖為本發明第二實施例之發光元件2。為了清楚說明本實施例之結構，第4B圖為將第4A圖之透明絕緣層14隱藏之立體圖，第4C圖為第4B圖之俯視圖。其與第一實施例之差別在於電極延伸層與通孔之配置。如第4A及4B圖所示，暴露區30上視為長條形，且在暴露區30中之第一半導體11上的第一電極延伸層24a上視也為長條形，透過第一通孔40a中的第一導電通道60a與第一延伸部202a電性連接；第一電極延伸層24a與第二電極延伸層24b上視為交錯間隔排列，如此一來可增進電流擴散，使發光元件之發光效能提升。
同樣道理，如第4B圖所示，在第一打線部201a第一型電極20a下方之透明絕緣層14中可設置一第一反射層32a，第一反射層32a的形狀對應第 一打線部201a且面積不大於第一打線部201a，第一反射層32a與電流擴散層17相連接，亦可將第一打線部201a下方對應位置之電流擴散層17移除，使第一反射層32a連接在第二型半導體13上；在第二打線部201b下方之1透明絕緣層14中具有一第二反射層32b，第二反射層32b的形狀對應二打線部201b且面積不大於二打線部201b，第二反射層32b與電流擴散層17相連接，亦可將二打線部201b下方對應位置之電流擴散層17移除，使第二反射層32b連接在第二型半導體13上。如第5圖所示之另一實施中，其與第二實施例之差別在於，本實施例之發光元件未設置反射層。
第6A至6C圖為本發明第三實施例之發光元件3。為了清楚說明本實施例之結構，第6B圖為將第6A圖之透明絕緣層14隱藏之立體圖，第6C圖為第6B圖之俯視圖。其與前述實施例之差別在於，暴露區30上視為環形，第一電極延伸層24a上視也為環形，並透過第一通孔中的40a的第一導電通道60a與上方第一電極20a電性連接。第二半導體13上方具有複數個第二電極延伸層24b，透過第二通孔40b中的第二導電通道60b與上方複數個第二延伸部202b電性連接。第一電極延伸層24a上視為環繞其中一條第二電極延伸層24b設置。同樣地，在本實施例中，最週邊之兩第二電極延伸層24b亦可沿著發光元件3週邊延伸至相互連接，使得第二電極延伸層24b上視為環繞第一電極延伸層24a。
同樣道理，如第6B圖所示，在第一打線部201a下方之透明絕緣層14中可設置一第一反射層32a，第一反射層32a的形狀對應第一打線部201a且面積不大於第一打線部201a，第一反射層32a連接在電流擴散層17，亦可將第一打線部201a下方對應位置之電流擴散層17移除，使第一反射層32a連接在第二型半導體13上；在第二打線部201b下方之透明絕緣層14中具有一第二反射層32b，第二反射層32b的形狀對應第二打線部201b且面積不大於 二打線部201b，第二反射層32b連接在電流擴散層17，亦可將第二打線部201b下方對應位置之電流擴散層17移除，使第二反射層32b連接在第二型半導體13上。如第7圖所示之另一實施中，其與第三實施例之差別在於，本實施例之發光元件未設置反射層。
在上述實施例中，第一電極延伸層24a可配置為圓形、長條形或環形，在不違背本發明的技術原理及精神的情況下，同樣地，可對上述實施例進行修改及變化，使第二電極延伸層24b配置為圓形、長條形或環形。
針對上述實施例中的發光元件製造方法如下。首先，在基板10上依次以磊晶方式生長第一型半導體11、發光層12和第二型半導體13；接著，自第二型半導體13向下進行蝕刻，移除部分第二型半導體13、發光層12和第一型半導體11，以暴露出部分第一型半導體11並形成一暴露區30；選擇性地在第二型半導體13上以蒸鍍、濺鍍等方式沉積電流擴散層17，接著，移除沉積在暴露區30上的電流擴散層17且保留在第二型半導體13上的電流擴散層17；在暴露區30之第一半導體1上形成第一電極延伸層24a，同時在電流擴散層17上按預先設計的位置和形狀形成第二電極延伸層24b；此時如需設置反射層，也可在形成第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b前，在第二型半導體13或電流擴散層17上形成第一及第二反射層32a及32b。於另一實施例中，也可同時在電流擴散層17上形成第一及第二反射層32a及32b。
接著，在電流擴散層17以及暴露區30內形成透明絕緣層14；在透明絕緣層14遠離第二型半導體13的表面上按預先設計位置蝕刻形成第一通孔40a以及第二通孔40b，第一通孔40a使第一電極延伸層24a暴露於外部，第二通孔40b使第二電極延伸層24b暴露於外部；在第一以及第二通孔40a及40b中以蒸鍍、濺鍍、化鍍或電鍍之方式分別形成第一導電通道60a及第 二導電通道60b，第一導電通道60a連接在第一電極延伸層24a上，第二導電通道60b連接在第二電極延伸層24b上；接著，在透明絕緣層14上形成第一電極20a及第二電極20b，使第一電極20a及第二電極20b分別電性連接於第一導電通道60a及第二導電通道60b。
第8A至8E圖為本發明第四實施例之發光元件4。第8A圖為上視圖，第8B圖為第8A圖中沿A-A截面之截面圖。發光元件4包含一基板10，以及四個發光單元22分佈在基板10上。相鄰發光二單元22之間具有溝槽18使發光單元22相互分離。具體形成方式可在基板10上以磊晶製程依序形成一第一型半導體11、一發光層12以及一第二型半導體13。然後經由蝕刻移除部分區域上的第一型半導體11、發光層12、第二型半導體13至暴露出基板10，形成溝槽18，以在基板10上形成四個分開排列的發光單元22。每個發光單元22均包括有第一型半導體(例如為n型半導體)11、發光層12、第二型半導體(例如為p型半導體)13。發光單元22更可包含一具有低阻值高導電性之電流擴散層17位於第二型半導體13上。於另一實施例中，可視需求增加溝槽18，以形成更多個發光單元22。
在各發光單元22之上表面自上而下蝕刻，移除部份第二型半導體13、發光層12以及第一型半導體11，使部分第一型半導體11暴露出來。各發光單元22中，在所暴露出的第一型半導體11上設置第一電極延伸層24a，在電流擴散層17上設置第二電極延伸層24b。從第8A圖和第8D圖中，本實施例的第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b為長條狀，當然其形狀也可依發光單元之面積、形狀而有所不同，例如採用圓形、環形或其它形狀。
在四個發光單元22上同時覆蓋一透明絕緣層14’，透明絕緣層14’還延伸至所有溝槽18並填入所有溝槽18；如此一來，透明絕緣層14’相對於 基板10之上表面101的高度為一致，且發光單元22與溝槽18間的高度差可達到平坦化。
在透明絕緣層14’上表面對應第一電極延伸層24a和/或第二電極延伸層24b的位置，向下蝕刻形成多個通孔，且在每個通孔中設置導電材料以形成多個導電通道60。於本實施例中，一部分導電通道60的下端接觸第一電極延伸層24a形成電連接，另一部分導電通道60下端接觸第二電極延伸層24b形成電連接。
在透明絕緣層14’上表面設置一第一電極20a、一第二電極20b和多個電性連接層29；參照第8A圖，由上視觀之，第一電極20a設置在透明絕緣層14’之一側，第二電極20b設置在透明絕緣層14’之另一側，這兩側為相對。然而，第一電極20a和第二電極20b也可根據設計需要改變其位置。
第一電極20a具有一第一打線部201a及一由第一打線部201a所延伸出之第一延伸部202a，第一延伸部202a經由導電通道60接觸其下方發光單元22上的第一電極延伸層24a形成電連接；第二電極20b也具有一第二打線部201b及一由第二打線部201b所延伸出之第二延伸部202b，第二延伸部202b經由導電通道60接觸其下方發光單元22上的第二電極延伸層24b形成電連接。當然，第一電極20a和第二電極20b也可不具有第一延伸部202a和第二延伸部202b，而直接通過導電通道60與第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b接觸形成電連接，只要第一電極20a和第二電極20b的位置或形狀改變，即可直接通過導電通道60電連接第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b。
不同發光單元22上的不同型電極延伸層可依其位置所在的不同型半導體而定義(即設置於第一型半導體11上的第一電極延伸層24a和設置於第二型半導體13上的第二電極延伸層24b)通過其上方對應的導電通道60和 電性連接層29形成電連接，使四個發光單元22電連接在一起。本實施例是相鄰發光單元22上的第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b通過兩個導電通道60和一個電性連接層29形成電連接，且使四個發光單元22形成串聯關係，其等校電路圖如第8E圖所示。
第8C圖是第8B圖中B處的放大圖。上述的透明絕緣層14’可分為三層結構，包括一覆蓋相鄰發光單元22側壁之第一透明絕緣層14a’、一覆蓋第一透明絕緣層14a’且填滿溝槽18之第二透明絕緣層14b’、和一同時覆蓋第一透明絕緣層14a’、第二透明絕緣層14b’與複數發光單元22表面之第三透明絕緣層14c’。第一透明絕緣層14a’、第二透明絕緣層14b’及第三透明絕緣層14c’之材料可包含但不限於氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(SiNx)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鉭(Tantalμm Pentoxide,Ta2O5)等材料或其複合組合。第一透明絕緣層14a’厚度可為0.1μm-0.2μm，第二透明絕緣層14b’可選用旋塗玻璃(SOG；spin-on glass)，第三透明絕緣層14c’厚度可為1μm-2μm，但第三透明絕緣層14c’之厚度並不限於此，其厚度可增加至大於10μm，增厚的第三透明絕緣層14c’可拉開其上方的第一電極20a或第二電極20b與發光層12的間距，減少金屬電極的擋光角度，增加由第三透明絕緣層14c’側向出光的機率，進而提高發光元件整體之出光效率。
第8D圖是本發明第四實施例的立體圖，為了清楚繪示第一及第二電極延伸層24a及24b，在本發明中後面所述之實施例的立體圖皆隱藏透明絕緣層14’。此外，在第8A圖中，設置在透明絕緣層14’中或下方的結構或層別以虛線表示。參照第8D圖，在第一電極20a和第二電極20b下面的發光單元22上，即電流擴散層17上設有對應的反射層32a及32b。第一電極20a和第二電極20b和其對應的反射層32a、32b之間為覆蓋在反射層32a、32b上隱藏的透明絕緣層14’；對應的反射層32a與第一打線部201a的投影面積大致 相同，對應的反射層32b投影面積和第二打線部201b的投影面積大致相同，如此一來，可以減少被第一電極20a和第二電極20b所阻檔的光，更多發光層所發出的光可被反射到外部，進一步提高亮度。
第9A至9C圖為本發明第五實施例之發光元件5，在第9A圖中，設置在透明絕緣層14’中或下方的結構或層別以虛線表示。本實施例其與第四種實施例不同的是，第一電極20a設置在透明絕緣層14’一側的中部，第二電極20b設置在透明絕緣層14’另一側的中部。在每個發光單元22上表面的中間暴露部分第一型半導體11，然後在所暴露出的第一型半導體11上設置第一電極延伸層24a，在第一電極延伸層24a周邊的電流擴散層17上設置四條第二電極延伸層24b，四條第二電極延伸層24b通過導電通道60和位於透明絕緣層14’上表面的電性連接層29電連接在一起，第一延伸部202a與其下方的發光單元22上第一電極延伸層24a通過導電通道60電連接，第二延伸部202b與其下方的發光單元22上四條第二電極延伸層24b通過導電通道60電連接，其餘發光單元22上的一條第一電極延伸層24a和相鄰發光單元上的四條第二電極延伸層24b通過導電通道60和電性連接層29形成電連接。四個發光單元22電連接成串聯關係，其等效電路圖亦如第8E圖所示。本實施例中，由於每個發光單元22上設置四條第二電極延伸層24b，使得發光單元22內的電流分佈更加均勻。
第10A至10C圖為本發明第六實施例之發光元件6，在第10A圖中，設置在透明絕緣層14’中或下方的結構或層別以虛線表示。本實施例與前述實施例不同的是，四個發光單元22a-22d在基板10上呈2×2二維矩陣排列，四個發光單元22電連接成串並聯關係。第一延伸部202a通過導電通道60同時與兩個發光單元22c和22d上的同型電極延伸層(即第一電極延伸層24a)接觸形成電連接，第二延伸部202b通過導電通道60同時與兩個發光單元22a 和22b上的同型電極延伸層(即四條第二電極延伸層24b)電連接，四個發光單元22a-22d兩兩串聯然後並聯，如第10C圖所示的等效電路圖。
第11A至11C圖為本發明第七實施例之發光元件7，在第11A圖中，設置在透明絕緣層14’中或下方的結構或層別以虛線表示。本實施例與前述實施例不同的是，基板10上分佈有八個發光單元22a-22h，發光單元22a-22h藉由溝槽18互相隔離，八個發光單元22a-22h電連接成交流電發光二極體(AC LED)。第一延伸部202a通過導電通道60同時與一個發光單元22上的第一電極延伸層24a和另一發光單元22上的第二電極延伸層24b電連接，第二延伸部202b通過導電通道60同時與一個發光單元22上的第一電極延伸層24a和另一發光單元22上的第二電極延伸層24b電連接，即第一/第二電極之延伸部可同時電連接不同發光單元之不同型電極延伸層，其等效電路如第11C圖所示。八個發光單元22a-22h組成一橋式整流電路，中間的橋臂上設置四個發光單元22a-22d，周邊的四個橋臂上各設置一個發光單元22e-22h，橋式整流電路的兩端分別連接交流電源，在交流電源作用下，正半周期有六個發光單元22e、22a-22d及22h發光，負半周期也有六個發光單元22f、22a-22d及22g發光。這種結構的發光元件無需經過交流/直流(AC/DC)轉換，可直接連接於交流電源並以交流電源驅動
從以上第四至第七實施例可以看出，本發明通過第一電極延伸層24a、第二電極延伸層24b，導電通道60、電性連接層29、第一電極20a、第二電極20b和透明絕緣層14’可以把多個發光單元22進行靈活電連接，易於實現一些複雜的混合連接；另一方面，可以靈活設置第一電極延伸層24a及第二電極延伸層24b之數量、形狀和位置，方便每個發光單元22的電流擴散，可以靈活選擇每個發光單元22的電流注入點，使每個發光單元22的電流分佈更加均勻，提高發光單元22的亮度和使用壽命。
上述實施例發光元件之製造方法詳述如下。步驟一、在基板10上表面依序以磊晶成長第一型半導體11、發光層12、第二型半導體13構成的半導體疊層；步驟二、定義多個發光單元22區域：自上而下蝕刻部份的半導體疊層至基板10，以形成溝槽18，且經由多個溝槽18定義多個發光單元22；步驟三、定義每個發光單元22中第一型半導體11的接觸區域：自上而下蝕刻至第二型半導體13、發光層12以及第一型半導體11，使部分第一型半導體11暴露在外，並在每個發光單元22的第二型半導體13的上表面形成電流擴散層17；步驟四、在每個發光單元22的電流擴散層17上定義第二電極延伸層24b之分佈位置，並利用蒸鍍或濺鍍或電鍍方式形成第二電極延伸層24b，在每個發光單元22的第一型半導體11暴露部分上定義第一電極延伸層24b之分佈位置，並利用蒸鍍或濺鍍或電鍍方式形成第一電極延伸層24b。
步驟五、在所有發光單元22上表面利用物理塗布或者化學氣相沉積的方式覆蓋透明絕緣層14’；步驟六、在透明絕緣層14’上表面定義通孔位置，利用乾蝕刻或濕蝕刻將被定義的透明絕緣層14’蝕刻出多個通孔；步驟七、利用化鍍、蒸鍍或濺鍍方式在每個通孔中形成金屬層以形成多個導電通道60，導電通道60與透明絕緣層14’上表面平齊或者略高於透明絕緣層14’的上表面；每個發光單元22上的第一電極延伸層24a通過至少一個導電通道60連通透明絕緣層14’的上表面，每個發光單元22上的第二電極延伸層24b通過至少一個導電通道60連通透明絕緣層14’的上表面。
步驟八、在透明絕緣層14’上表面定義第一電極20a、第二電極20b和多個電性連接層29的位置，利用蒸鍍或濺鍍或電鍍方式在透明絕緣層14’上表面形成第一電極20a、第二電極20b和多個電性連接層29，並使第一電極20a電連接至少一個發光單元22上的第一電極延伸層24a或與不同發光單元22上的第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b同時電連接，第二電極 20b電連接至少一個發光單元22上的第二電極延伸層24b或與不同發光單元22上的第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b同時電連接，不同發光單元22上連接同型半導體或不同型半導體的電極延伸層通過導電通道60連接至透明絕緣層14’上表面，然後通過透明絕緣層14’上表面的電性連接層29形成電連接，使多個發光單元22電連接成所需要的電學關係。
於另一實施例中，其中步驟五的透明絕緣層14’可為三層結構，分成三次製程形成，首先，在每個發光單元22與其它發光單元22的相鄰側壁上採用塗布或者化學氣相沉積形成第一透明絕緣層14a’，第一透明絕緣層可選用SiO2且控制厚度為0.1μm-0.2μm；其次在相鄰發光單元22之間的溝槽18採用塗布或者化學氣相沉積形成第二透明絕緣層14b’，並使第二透明絕緣層14b’的上表面為平坦型，第二透明絕緣層63可選用旋塗玻璃(SOG；spin-on glass)，選用旋塗玻璃方式可使溝槽18內的透明絕緣層具有較佳的覆蓋性，以確保相鄰發光單元22間的絕緣性；最後，在第一透明絕緣層14a’、第二透明絕緣層14b’的上表面和多個發光單元22上表面再採用塗布或者化學氣相沉積方式形成第三透明絕緣層14c’，使第三透明絕緣層14c’的上表面平坦化。第三透明絕緣層14c’之材料可包含但不限於氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(SiNx)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鉭(Tantalμm Pentoxide,Ta2O5)等材料或其複合組合。
第12A至12E圖為本發明第八實施例之發光元件8，發光元件8為一具有與發光元件7類似截面結構之交流電發光二極體。第12A圖為上視圖，第12B圖顯示第12A圖中複數發光單元22a-22h之排列，第12C為立體圖，第12D圖為第12A圖中沿A-A截面之截面圖。為了清楚繪示發光元件8之結構，隱藏第12C圖中的透明絕緣層14’。
如第12A至第12D圖所示，本實施例之發光元件8與發光元件7之差別在於，發光元件8另具有一第一金屬層26a位於基板10上，以及一第二金屬層26b位於透明絕緣層14’上與第一金屬層26a相對。第一金屬層26a與第二金屬層26b互相平行且重疊。複數導電通道60a穿過透明絕緣層14’並接觸第一金屬層26a以連接第一金屬層26a跟對應電性連接層29a。接著，對應電性連接層29a連接其相鄰發光單元之第一電極延伸層24a或第二電極延伸層24b。在本實施例中，第一金屬層26a藉由導電通道60a與發光單元22a上的第一電極延伸層24a、發光單元22c上的第二電極延伸層24b以及發光單元22g上的第一電極延伸層24a相連接。因此，第一金屬層26a與發光單元22a、22c及22g電性連接。電性連接層29b延伸自第二金屬層26b且接觸導電通道60b。電性連接層29b與其相鄰發光單元之第一電極延伸層24a或第二電極延伸層24b電性連接。在本實施例中，第二金屬層26b藉由導電通道60b與發光單元22b上的第二電極延伸層24b、發光單元22f上的第一電極延伸層24a以及發光單元22h上的第二電極延伸層24b相連接。因此，第二金屬層26b與發光單元22b、22f及22h電性連接。類似地，發光單元22a-22h藉由導電通道60跟電性連接層29互相電性連接，其等效電路如第12E圖所示。
如第12E圖所示，由於透明絕緣層14’介於第一及第二金屬層26a及26b之間，使得電容C存在於兩端點T1及T2之間且與發光單元22c-22f並聯。當交流電源輸入至發光元件8時，電容C可作為一濾波器。因此，交流/直流轉換後的電壓較為穩定，可避免發光元件8發生閃爍且亮度可更為均勻。電容C可由下列算式計算之：C=εrε0S/d；其中εr為相對電容率，亦可視為第一金屬層26a以及第二金屬層26b間材料之介電常數；物理常數ε0為真空介電常數或稱自由空間介電常數(ε0
Figure 104142198-A0305-02-0018-1
8.854×10-12F．m-1)；S為兩平行第一金屬層26a以及第二金屬層26b之重疊面積，單位為公尺；d為兩平行第一金屬層26a 以及第二金屬層26b之間距，單位為公尺。基於此算式，可利用選擇第一及第二金屬層26a及26b之重疊面積、第一及第二金屬層26a及26b之間的透明絕緣層14’之材料與厚度來求得所需的電容值。
第一金屬層26a與第一及第二電極延伸層24a及24b可於同製程中形成，第一金屬層26a可與電極延伸層具有同樣的材料。第二金屬層26b與電性連接層29、29a及29b可於同製程中形成，第二金屬層26b可與電性連接層29、29a及29b具有同樣的材料。於另一實施例中，第一金屬層26a與第一及第二電極延伸層24a及24b可於不同製程中形成且具有不同的材料，第二金屬層26b與電性連接層29、29a及29b可於不同製程中形成且具有不同的材料。
從以上實施例可以看出，本發明由於設置透明絕緣層14’，且在透明絕緣層14’中設置導電通道60，在透明絕緣層14’上表面設置第一電極24a、第二電極24b和多個電性連接層29，在每個發光單元22上設置第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b，不同發光單元22上的同型電極延伸層或不同型電極延伸層通過導電通道60和電性連接層29電連接，整體形成一立體的連接結構，這樣發光元件內各發光單元22之間可以實現靈活的電性連接，方便各發光單元22之間實現複雜的混合連接，發光單元22之間的絕緣效果也更好；另一方面，由於形成立體連接結構，第一電極延伸層24a和第二電極延伸層24b的設置數量、位置和形狀就非常靈活，也可以靈活選擇每個發光單元22的電流注入點，使得發光元件內每個發光單元22有更均勻的電流分佈，既提高亮度，又延長發光單元22的使用壽命，使整體發光元件的可靠性更高。
惟上述實施例僅為例示性說明本申請案之原理及其功效，而非用於限制本申請案。任何本申請案所屬技術領域中具有通常知識者均可在不 違背本申請案之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本申請案之權利保護範圍如後述之申請專利範圍所列。
1:發光元件
10:基板
11:第一型半導體
12:發光層
13:第二型半導體
14:透明絕緣層
17:電流擴散層
201a、201b:第一打線部、第二打線部
202a、202b:第一延伸部、第二延伸部
24a、24b:第一電極延伸層、第二電極延伸層
30:暴露區
32a、32b:第一反射層、第二反射層
40a、40b:第一通孔、第二通孔
60a、60b:第一導電通道、第二導電通道

Claims (13)

  1. 一種發光元件，包含：一基板；一發光單元，位於該基板上：包含：一第一型半導體；一第二型半導體；一發光層，介於該第一型半導體及該第二型半導體之間；以及一暴露區，形成於該發光單元中，暴露該第一型半導體；一第一電極延伸層，位於該暴露區中之該第一型半導體上，包含一第一打線部以及一第一延伸部延伸自該第一打線部；一第二電極延伸層，位於該第二型半導體上；一透明絕緣層，位於該發光單元上且填入該暴露區；一第一電極，位於該透明絕緣層上；以及複數導電通道，位於該透明絕緣層中；其中，該複數導電通道的其中之一連接該第一延伸部與該第一電極延伸層，且該第一打線部與該第一電極延伸層由上視觀之不重疊。
  2. 如申請專利範圍1所述發光元件，更包含一電流擴散層位於該第二型半導體與該透明絕緣層之間，其中該第二電極延伸層位於該電流擴散層上。
  3. 如申請專利範圍1所述發光元件，其中該第一延伸部具有一末端與該其中之一導電通道連接，且該末端之一寬度大於該第一延伸部的其他部分。
  4. 如申請專利範圍1所述發光元件，其中該第一電極延伸層及該第二電極延伸層由上視觀之為交錯設置，或其中該第一電極延伸層及該第二電極延伸層其中之一由上視觀之環繞其中另一。
  5. 如申請專利範圍1所述發光元件，其中該透明絕緣層之厚度大於1.2μm。
  6. 如申請專利範圍1所述發光元件，另包含一第二電極位於該透明絕緣層上，藉由該複數導電通道的其中另一與該第二電極延伸層的其中另一連接。
  7. 如申請專利範圍1所述發光元件，另包含：另一個或多個發光單元分開形成於該基板上，其中該發光單元與該另一個或該多個發光單元組成複數發光單元；一第二電極位於該透明絕緣層上，藉由該複數導電通道的其中另一與該第二電極延伸層連接；一溝槽，位於任兩相鄰之發光單元之間；以及一電性連接層位於該透明絕緣層上，連接不同發光單元上之該導電通道以電性連接該複數發光單元；其中該第一電極位於該複數發光單元的其中之一，以及該第二電極位於該複數發光單元的其中另一。
  8. 如申請專利範圍7所述發光元件，其中該透明絕緣層填入該溝槽，且同時覆蓋該複數發光單元以形成一平坦上表面。
  9. 如申請專利範圍8所述發光元件，其中該平坦上表面與該發光單元間的最短距離大於10μm。
  10. 如申請專利範圍7所述發光元件，其中該第一電極延伸層與該第二電極延伸層具有不同的導電型態，該第一電極藉由該導電通道電性連接不同發光單元上具有相同導電型態或不同導電型態之電極延伸層，以及該第二電極藉由該導電通道電性連接不同發光單元上具有相同導電型態或不同導電型態之電極延伸層。
  11. 如申請專利範圍7所述發光元件，其中該透明絕緣層具有多層結構，該多層結構包含：一第一透明絕緣層，位於相鄰發光單元之側表面； 一第二透明絕緣層，位於該第一透明絕緣層上且填入該溝槽；以及一第三透明絕緣層，覆蓋該第二透明絕緣層及該複數發光單元。
  12. 如申請專利範圍7所述發光元件，其中該複數發光單元之連接方式包含電性串聯、電性並聯或電性串並聯。
  13. 如申請專利範圍7所述發光元件，另包含：一第一金屬層，位於該基板上該複數發光單元所在之表面；以及一第二金屬層，位於該透明絕緣層上，與該第一金屬層平行且重疊。
TW104142198A 2014-12-16 2015-12-16 發光元件 TWI740811B (zh)

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